专利名称：制备钛酸锶钡-氧化镁基陶瓷流延浆料及坯片的方法
技术领域：
本发明属于电子材料领域，涉及一种钛酸锶钡(B^6Sra4TiO3,BST)-氧化镁(MgO) 基陶瓷材料在流延成型方法中形成高质量坯片的制备方法。
背景技术：
钛酸锶钡(BST)基铁电材料具有较高的介电常数、低的介质损耗以及高的电压可调性等优点，被广泛应用微波可调器如移相器、滤波器、可变电容器及延迟线等方面，尤其是在LTCC低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic)应用更是目前研究的热点。而对于微波可调器的应用来说，BST材料应具有适中的介电常数( 200)、低介电损耗 (< 2 X 10_3)，高介电常数偏场可调性和较小的介电常数温度变化率，因此，近年来研究工作者通常在BST基体中掺入非铁电相(如&02，MgO, Mg2SiO4, ZnNb2O6等)形成复相陶瓷， 其中BST-MgO复相陶瓷成为研究的热点。为了制备LTCC低温共烧陶瓷器件，流延成型工艺首选的制备方法，该技术是将超细陶瓷粉料与溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等均勻混合制成浆料，经由刮刀口形成表面光滑、厚度均勻附着于输送带上的薄层，经干燥制成具有良好韧性的坯片。因此，适宜的流延浆料的制备是获得性能优良的生带的前提，而无机添加剂粉料及有机物组分都能够显著影响浆料的流变性能及分散稳定性，对浆料的制备有着非常重要的作用。此外，为了实现BST-MgO复相陶瓷的低温烧结，常采用B2O3-Li2CO3为烧结助剂，然而化03的引入给流延法制备BST-MgO复相陶瓷带来了很多困难，例如在制备流延浆料过程中，溶解到溶剂中的化03与含羟基的有机添加剂(PVA、PVB等)反应生成三维的胶凝结构， 从而使浆料的粘度增加，稳定性降低，导致流延后坯片微观结构不均勻，不致密，最终影响烧结体的电学性能。本专利发明一种制备钛酸锶钡-氧化镁基陶瓷流延坯片的方法，其方法的关键是通过选择合适的溶剂、粘结剂、分散剂、增塑剂等，并对它们进行合适的配比组合，从而得到均勻稳定，适合流延成型的BST-MgO浆料。
发明内容
本发明的目的在于获得一种均勻稳定，适合流延成型的BST-MgO浆料的方法，其特点是通过有机添加剂的选择和粉料的预处理等，抑制配方中化03与PVB反应，得到粘度适中，流动性好的流延浆料体系，最终制备结构和性能良好的BST-MgO流延坯片。发明是通过以下技术方案实现的。采用乙醇-二甲苯为溶剂，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂，聚乙二醇(PEG)分散剂，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为增塑剂，制备以IO3-Li2CO3为烧结助剂的BST-MgO基流延浆料，最后形成高质量的流延坯片，为LTCC低温共烧陶瓷器件打下应用基础。本发明的制备钛酸锶钡-氧化镁基陶瓷流延浆料的方法；步骤如下1)流延粉体的预处理
(1)按照配方比例50wt% BST+50wt%Mg0进行称重配料，再加入以BST+MgO重量为 100%计的 1. 5wt% B203+2. 5wt. % Li2CO3 ；(2)将称好的粉体放入球磨罐中，以乙醇为球磨介质球磨，球磨时间为4-6小时； 放进烘箱进行干燥；(3)将干燥后的粉体放入电炉中，在700-800°C温度下进行煅烧，升温速度为;TC/ 分钟，保温1-2小时，得到的陶瓷粉体；2)流延浆料的制备(1)初级流延浆料的制备将前面步骤1煅烧得到的陶瓷粉体加入到盛有乙醇/ 二甲苯溶剂的溶器中，粉体含量占40wt%，有机溶剂占60wt其中乙醇二甲苯为40wt% 60wt%，再加入1. 0-2. Owt % PEG-1500作为分散剂，进行充分的球磨混合，得到初级流延浆料；(2)终级流延浆料的制备将前面步骤2)的(1)得到的初级流延浆料中，加入 1. 0-3. Owt% PVB作为粘结剂，加入1. 5-3. Owt% DBP作为增塑剂，再次进行充分的球磨混合，达到均勻，然后将浆料陈化16 50小时，制得终级流延浆料；上述幻是以陶瓷粉体与有机溶剂重量为100%计。本发明优选的BST(Biia6Sra4TiO3)选用粒度为纳米级、粒形为类球型粉体;MgO选用粒度为纳米级、粒形为类球型粉体；Li2CO3和化03选用一般分析纯的化学试剂粉料。本发明一种制备钛酸锶钡-氧化镁基陶瓷流延浆料的方法；将流延浆料倒入流延成型机的浆料斗中，开动流延成型机进行流延坯片的制备，流延过程中，刮刀高度控制在 200-300 μ m,承载坯片皮带运行速度为0. 4-1. Ocm/s ；将流延成型好的坯片在流延机上自然干燥后，然后揭下基底有机薄膜，获得流延坯片。这里，粘结剂PVB与增塑剂DBP加入量的比值(R)对流延浆料的稳定性起重要作用，附
图1为该比值对流延浆料流变特性的影响关系，其中在R = O. 4-0. 7范围内，粘结剂 PVB与增塑剂DBP加入量比值达到一合适值，如R = 0. 66时，粘度最小，流延浆料的流变特
性最好。采用本发明制备的浆料流变特性好，粘度低，有效抑制了浆料中化03与PVB分子中羟基基团的反应，获得的坯片微观结构均勻致密，强度适合加工需要。
具体实施方式
实施例1 1、流延粉体预处理(1)采用电子天平称量 30gBST、30gMg0、0. 45gB203 和 2. 25gLi2C03。(2)将称好的粉体放入球磨罐中，并加入IlOml乙醇和150氧化锆研磨球，采用行星球磨机球磨时间为4小时。(3)将球磨好的浆料置入托盘中，放进烘箱，在80°C下进行干燥。(4)对干燥后的粉体进行碾碎，过100目筛。(5)将粉体放入电炉中，在700°C温度下进行煅烧，升温速度为3°C /分钟，保温2 小时。2、流延浆料的制备
(1)采用电子天平称量11. 19g乙醇和27. 975g 二甲苯溶液并混合均勻，然后向混合溶液中加入0. 525gPVB,超声处理20分钟，待PVB溶解后，加入30g流延粉体，并采用行星球磨机球磨4小时。得到粘度为15mPa · s的初级流延浆料。(2)向初级流延浆料中加入0. 9gPVB粘结剂，0. 3gPEG和0. 3gDBP,并采用滚动球磨机球磨M小时，最后将浆料陈化40小时，获得呈现剪切变稀流体特性的流延浆料。3、流延坯片的制备(1)将陈化后的终级流延浆料倒入流延成型机的浆料斗中，开动流延成型机进行流延坯片的制备。流延过程中，刮刀高度控制在200 μ m，承载坯片皮带运行速度为O.km/
So(2)将流延成型好的坯片在流延机上自然干燥30分钟，然后揭下基底有机薄膜， 获得可加工的流延坯片。由以上工艺参数获得的坯片粉体分散均勻，致密度较好，其SEM照片见附图2。实施例2 1、流延粉体预处理制备工艺步骤与实施例1相同，所不同的是在所述⑵中粉体球磨时间为5小时， 所述(5)中煅烧温度为750°C，保温时间为1. 5小时。2、流延浆料的制备(1)采用电子天平称量11. 04g乙醇和16. 56g 丁酮溶液并混合均勻，然后向混合溶液中加入0. 3gPVB,超声处理20分钟，待PVB溶解后，加入30g流延粉体，并采用行星球磨机球磨4小时。得到粘度为20mPa · s的初级流延浆料。(2)向初级流延浆料中加入1. 2gPVB粘结剂，0. 45gPEG和0. 45gDBP,并采用滚动球磨机球磨M小时，最后将浆料陈化50小时，获得呈现剪切变稀流体特性的流延浆料。3、流延坯片的制备(1)将陈化后的终级流延浆料倒入流延成型机的浆料斗中，开动流延成型机进行流延坯片的制备。流延过程中，刮刀高度控制在250 μ m，承载坯片皮带运行速度为0. 6cm/
So(2)将流延成型好的坯片在流延机上自然干燥30分钟，然后揭下基底有机薄膜， 获得可加工的流延坯片。由以上工艺参数获得的坯片粉体分散均勻，致密度好，其SEM照片见附图3。实施例3 1、流延粉体预处理制备工艺步骤与实施例1相同，所不同的是在所述⑵中粉体球磨时间为6小时， 所述(5)中煅烧温度为800°C，保温时间为1小时。2、流延浆料的制备(1)采用电子天平称量11. 34g乙醇和17. Olg丁酮溶液并混合均勻，然后向混合溶液中加入0. 6gPVB,超声处理20分钟，待PVB溶解后，加入30g流延粉体，并采用行星球磨机球磨4小时。得到粘度为20mPa · s的初级流延浆料。(2)向初级流延浆料中加入0. 6gPVB粘结剂，0. 225gPEG和0. 225gDBP,并采用滚动球磨机球磨M小时，最后将浆料陈化16小时，获得呈现剪切变稀流体特性的流延浆料。
3、流延坯片的制备(1)将陈化后的终级流延浆料倒入流延成型机的浆料斗中，开动流延成型机进行流延坯片的制备。流延过程中，刮刀高度控制在300 μ m，承载坯片皮带运行速度为1.0cm/
So(2)将流延成型好的坯片在流延机上自然干燥30分钟，然后揭下基底有机薄膜， 获得可加工的流延坯片。由以上工艺参数获得的坯片粉体分散相对均勻，致密度相对较好，其SEM照片见附图4。
权利要求
1.一种制备钛酸锶钡-氧化镁基陶瓷流延浆料的方法；其特征是步骤如下1)流延粉体的预处理(1)按照配方比例50wt%BST+50wt% MgO进行称重配料，再加入以BST+MgO重量为 100%计的 1. 5wt% B203+2. 5wt. % Li2CO3 ；(2)将称好的粉体放入球磨罐中，以乙醇为球磨介质球磨，球磨时间为4-6小时；放进烘箱进行干燥；(3)将干燥后的粉体放入电炉中，在700-800°C温度下进行煅烧，升温速度为3°C/分钟，保温1-2小时，得到的陶瓷粉体；2)流延浆料的制备(1)初级流延浆料的制备将前面步骤1煅烧得到的陶瓷粉体加入到盛有乙醇/ 二甲苯溶剂的溶器中，粉体含量占40wt%，有机溶剂占60wt% ；其中乙醇二甲苯为 40wt% 60wt%，再加入1. 0-2. Owt % PEG-1500作为分散剂，进行充分的球磨混合，得到初级流延浆料；(2)终级流延浆料的制备将前面步骤2)的⑴得到的初级流延浆料中，加入 1. 0-3. Owt % PVB作为粘结剂，加入1. 5-3. Owt % DBP作为增塑剂，再次进行充分的球磨混合，达到均勻，然后将浆料陈化16 50小时，制得终级流延浆料；上述2、是以陶瓷粉体与有机溶剂重量为100%计。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是BST(Biia6Sra4TiO3)选用粒度为纳米级、粒形为类球型粉体；MgO选用粒度为纳米级、粒形为类球型粉体；Li2CO3和化03选用一般分析纯的化学试剂粉料。
全文摘要
本发明涉及一种制备钛酸锶钡-氧化镁基陶瓷流延浆料及坯片的方法，通过有机添加剂的选择和粉料的预处理等，抑制配方中B2O3与PVB反应，得到粘度适中，流动性好的流延浆料体系，最终制备结构和性能良好的BST-MgO流延坯片。发明是通过以下技术方案实现的。采用乙醇-二甲苯为溶剂，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂，聚乙二醇(PEG)分散剂，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为增塑剂，制备以B2O3-Li2CO3为烧结助剂的BST-MgO基流延浆料，最后形成高质量的流延坯片，为LTCC低温共烧陶瓷器件打下应用基础。采用本发明制备的浆料流变特性好，粘度低，获得的坯片微观结构均匀致密，强度适合加工需要。
文档编号C04B35/622GK102408232SQ201110241738
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者周玉贵, 季惠明, 李晓雷, 王灿, 高鹏 申请人:天津大学